超高層建筑斜柱影響及措施分析

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［摘要］因超高層建筑獨特造型的設計，結構需要進行斜柱布置，考慮到斜柱是超高層建筑的關鍵構件，應加強結構影響分析，以確保建筑整體安全。結合超高層建筑工程實例，分析斜柱對框架梁、樓板及核心筒的影響，通過加強設計提高結構承載力和穩定性。

［關鍵詞］超高層建筑；斜柱影響；加強措施

相較于直柱，斜柱并非完全沿著建筑豎直受力方向布置，所以容易給建筑結構受力特性帶來影響，因此，還應加強超高層建筑斜柱影響分析，以便找出其中的薄弱環節，采取加強措施保證結構穩固，進而為建筑建設和使用安全提供保障。

1工程概況

某超高層建筑位于廣東省深圳市，工程由4棟塔樓及地下室組成，總建筑面積約171000m2，某棟地上32層，地下3層。建筑主體采用框架–核心筒結構，屋面高148m，安全等級為二級，使用年限為50年，建筑抗震設防烈度為7度，設計加速度為0.10g。在結構設計上，為滿足首層大堂空間及外立面設計需要，部分柱采用穿層柱，外側布置2根鋼筋混凝土斜柱，1~9層柱往外斜，y方向傾斜角度6.7°，10~20層為直柱，21~32層柱往內斜，y傾斜角度3.3°；從底部向上尺寸逐步從1400mm×1400mm收縮為1000mm×1000mm，2層樓板因大堂2層通高需開洞，開洞面積超30%；平面布置如圖1所示，PKPM模型如圖2所示。

2建筑斜柱影響分析

在對建筑斜柱影響展開分析時，小震采用PKPM與midasBuilding對比，中震采用PKPM復核，大震采用PKPM等效彈性分析及Midas進行彈塑性靜力推覆分析（POA）。計算結果表明，柱轉折處斜柱對梁板產生的拉力較大，故選取轉折樓層地下室頂板、10層、21層3個樓層重點分析斜柱對結構的不利影響。

2.1斜柱對樓面梁的影響

（1）正常使用極限狀態下，斜柱對梁產生拉力，控制作用標準組合1.0永久荷載+1.0可變荷載±0.6風工況下。（2）承載能力極限狀態分析下，取基本組合下梁軸力包絡值（考慮1.3永久荷載+1.5可變荷載、風荷載基本組合、地震基本組合等各種基本組合取軸力最大值）。（3）中震性能設計時，取1.0永久荷載+0.5可變荷載±1.0中震工況，保證中震作用下拉梁正截面滿足不屈服要求，滿足拉梁中震性能目標。（4）大震等效彈性性能設計時，取1.0永久荷載+0.5可變荷載±1.0大震工況，保證大震作用下拉梁正截面滿足不屈服要求，滿足拉梁大震性能目標。各層梁在不同情況下的受力見表1，框架梁的配筋見表2。各種情況下，梁拉力考慮全部由縱向鋼筋承擔；正常工況下，鋼筋應力按180MPa考慮，控制正常使用時裂縫。綜上分析可知，與斜柱相連樓層梁產生軸力，其中3個柱轉折樓層處梁拉力較大。通過詳細分析拉梁正常使用極限狀態、承載能力極限狀態、中震正截面不屈服狀態、大震正截面不屈服狀態，拉梁配筋由正常使用極限狀態裂縫控制，通過附加梁縱向鋼筋，控制正常使用極限狀態時拉梁裂縫（鋼筋應力按180MPa控制），拉梁即可滿足中震大震正截面不屈服的抗震性能目標要求，施工圖設計時拉梁按拉彎構件復核梁頂底裂縫不大于0.3mm。

2.2斜柱對樓面板的影響

斜柱轉折點處對梁板的水平拉力較大，選取轉折樓層地下室頂板、10層、21層3個樓層處重點，分析斜柱對樓板產生的拉應力。經分析樓板應力由1.3永久荷載+1.5可變荷載工況控制，因此提取1.3永久荷載+1.5可變荷載工況下樓板應力做特別分析。經統計頂板最大拉應力4.6MPa，10層樓板最大拉力約3.9MPa，21層樓板最大拉力約3.4MPa，均大于2.01MPa。地下室頂板核心筒與斜柱連接處樓板加厚250mm，12@150雙層雙向配筋；10層、21層處核心筒與斜柱連接處樓板加厚至150mm，12@150雙層雙向配筋；其余樓層斜柱處樓板加厚至130mm，10@150雙層雙向配筋。

2.3斜柱對核心筒的影響

為直觀對比斜柱對核心筒剪力的影響，采取直柱和斜柱2個模型，模型計算均不考慮樓板剛度，統計1~11層核心筒剪力墻在1.0永久荷載+1.0可變荷載重力荷載工況下各層的樓層剪力見表3。上述計算結果表明，在重力荷載作用下斜柱對核心筒產生了明顯的水平剪力，該剪力需與地震產生的水平剪力疊加進行施工圖配筋設計，采用斜柱模型進一步分析核心筒剪力墻在中震作用下的抗剪承載力，結果表明核心筒剪力墻滿足中震抗剪彈性的性能目標。左上角核心筒外墻與2根拉梁搭接，為方便拉梁縱筋的可靠錨固，減小該處角筒剪力墻的應力集中，該處剪力墻做水平構造加腋，加腋高度同樓層，加腋層數從地下1層~屋面。

3結構加強措施

根據斜柱在超高層建筑中的受力分析結果，在結構加強設計方面還要重點進行斜柱與直柱、樓面梁板連接位置的補強加固處理，確保結構的承載力和穩定性得到提高。對樓層梁，計算梁的拉應力時需考慮樓板真實剛度或不考慮樓板剛度，拉梁配筋由1.0永久荷載+1.0可變荷載±0.6風荷載工況裂縫控制，梁受拉縱筋應力按180MPa，控制拉梁裂縫，中大震作用下能滿足正截面不屈服的性能目標，施工圖設計時拉梁按拉彎構件控制裂縫。對樓板，地下室頂板核心筒與斜柱連接處樓板通過加大板厚及配筋。對核心筒，斜柱對核心筒產生較大的剪力，因核心筒內部開較多電梯洞口，為加強核心筒整體性，保證斜柱拉力在核心筒中的傳遞，2~21層各層核心筒外墻在樓層標高處設置一圈構造暗梁，梁截面同連梁，暗梁頂底配筋按1.0%配筋率拉通設置，斜柱處角部核心筒外墻水平加腋。

4結論

綜上所述，斜柱與直柱、水平構件的連接位置，將承擔過大的拉力及剪力，斜柱對樓面梁、樓面板、核心筒等都會產生較大的影響，故還要通過增加板厚，核心筒加腋及增加配筋等方式實現結構加強，確保結構具有足夠抗剪力，能順利完成力的傳遞，進而為工程的建設安全提供保障。

參考文獻

[1]李定環，鄭淳，陳進，等.帶斜柱轉換層的超高層結構施工過程仿真分析研究[J].廣東土木與建筑，2019，26（10）：1–6.

[2]王峰，史慶軒，王朋，等.高層斜交網格筒結構受力層間位移的計算及其應用[J].建筑結構學報，2019，40（8）：181–190.

作者：顏翔 單位：深圳市光明區科創中心投資有限公司